在新一代 iPhone 6s 上蘋(píng)果公司已經(jīng)下定決心要“痛改前非”，使用 7000 系列鋁合金材料，誓與“彎折門(mén)”說(shuō)拜拜。那為什么 7000 系列鋁合金會(huì)繼續(xù)贏得蘋(píng)果芳心。蘋(píng)果特別針對(duì) iPhone 6s 新機(jī)開(kāi)發(fā)了新的材料嗎?和 6000 系列相比這個(gè)系列的鋁合金的強(qiáng)度為何會(huì)有這么大的差別?
iPhone 6外殼vs. iPhone 6s外殼
iPhone 6“彎折門(mén)”的尷尬或許還歷歷在目，而在新一代 iPhone 6s 上蘋(píng)果公司已經(jīng)下定決心要“痛改前非”。坊間早就傳出消息稱蘋(píng)果計(jì)劃在 iPhone 6s 上使用 7000 系列鋁合金材料，避免“彎折門(mén)”重現(xiàn)。
此前 Unbox Therapy 發(fā)布了一個(gè)對(duì)比 iPhone 6 和 iPhone 6s 外殼強(qiáng)度的視頻，在這個(gè)視頻里我們又看到了希望，那就是 iPhone 6s 的外殼確實(shí)比iPhone 6的要堅(jiān)硬不少，終于再也不用擔(dān)心 iPhone 會(huì)被徒手掰彎了。
Unbox Therapy 在對(duì) iPhone 6 和 iPhone 6 Plus 的抗彎測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，iPhone 6 的外殼在壓力約為 30 磅的時(shí)候就開(kāi)始出現(xiàn)彎折，特別是外殼上的薄弱環(huán)節(jié)。而 iPhone 6s 的外殼至少能夠承受 60 磅的壓力，抗壓能力是 iPhone 6 的兩倍。為什么 iPhone 6s 的外殼會(huì)比 iPhone 6 的堅(jiān)硬呢?
Unbox Therapy 解釋最大一個(gè)原因就是這兩種外殼所用的合金內(nèi)元素含量不同。但是鋁合金硬度的決定因素除了元素含量之外，還與其幾何結(jié)構(gòu)以及熱處理相關(guān)。
可惜的是在視頻中我們沒(méi)法確定新外殼幾何結(jié)構(gòu)。雖然外表看起來(lái)沒(méi)有什么差別，但是我們不知道蘋(píng)果是否加厚或者使用加強(qiáng)劑來(lái)加固外殼側(cè)邊。此前的電鏡圖象顯示，iPhone 6s 外殼上還有一層大約 10 微米厚的氧化鋁層，它的主要作用就是防止外殼被腐蝕。這一層氧化鋁也更方便蘋(píng)果給外殼配上不同的顏色。
既然我們沒(méi)法從幾何結(jié)構(gòu)差異上來(lái)分析，那么就讓我們先從這兩種合金的元素含量來(lái)入手吧。
蘋(píng)果為iPhone 6s特別開(kāi)發(fā)新材料?
在視頻中我們可以看到 Unbox Therapy 是借助光譜儀來(lái)分析其元素含量的。光譜儀通過(guò)讀取光譜線的頻率和強(qiáng)度的方式來(lái)確定測(cè)試元素中的重量百分比，然后將讀取到的數(shù)據(jù)與合金數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行對(duì)比，選擇最匹配的方案。
所謂的數(shù)據(jù)庫(kù)匹配將不會(huì)，也沒(méi)法做到完美。因?yàn)楹辖鹄锏拿恳环N元素通常都有指定范圍和上限，所以會(huì)存在重疊的部分。雖然軟件分析出來(lái)某種物質(zhì)是合金 A，但我們不能夠因此說(shuō)它不符合合金 B 的規(guī)格。這種時(shí)候人工解讀以及材料規(guī)格的專業(yè)知識(shí)就能夠派上用場(chǎng)。
光譜儀給出的分析結(jié)果是目前的 iPhone 外殼使用的是 6063 鋁合金。開(kāi)頭的“6”意味著這種合金中的主要元素是硅和鎂，元素分析結(jié)果也是如此。
而光譜儀沒(méi)能夠給iPhone 6s 的外殼一個(gè)準(zhǔn)確的分析結(jié)果(圖中紅圈處)。鋅是該分析外殼合金的主要元素，也就是說(shuō)它是屬于 7xxx 系列的鋁合金，可是在數(shù)據(jù)庫(kù)中找不到匹配的方案。
雖然研究人員參閱過(guò)于鋁合金相關(guān)的資料，但也是沒(méi)法確定 iPhone 6s 使用的具體是哪種鋁合金。奇怪的是在 iPhone 6s 的元素含量列表中有鎢金屬，其含量為 0.106%，研究人員表示在他們現(xiàn)知的 7xxx 系列鋁合金中還沒(méi)有哪種需要這種金屬，列表顯示其他元素的含量限制在 0.05% 左右。
視頻將這種新的合金稱為“7000 系列”，這個(gè)說(shuō)法沒(méi)錯(cuò)，但不盡如此。因?yàn)樾峦鈿さ匿X合金有現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格都不匹配，也就是說(shuō)蘋(píng)果或許自己開(kāi)發(fā)了專屬的鋁合金產(chǎn)品。
對(duì)于蘋(píng)果來(lái)說(shuō)，開(kāi)發(fā)新材料已是家常便飯。Apple Watch Sport 使用的 7xxx 系列合金就是蘋(píng)果所有。
那么問(wèn)題來(lái)了：iPhone 6s 上使用的鋁合金和 Apple Watch 運(yùn)動(dòng)版上使用的是同一種鋁合金材料嗎?或者蘋(píng)果又特別針對(duì) iPhone 開(kāi)發(fā)了新的材料?因?yàn)榻刂聊壳斑€沒(méi)有人分析過(guò) Apple Watch 運(yùn)動(dòng)版上的鋁合金材料，或許我們還要等待 iPhone 6s 發(fā)布之后方能知曉。
熱處理和材料降伏強(qiáng)度
7050 commercial、7050MA 和 7050MA1%Ti 經(jīng)過(guò) 440 度、478 度、和 500 度固溶熱處理后的鏡像圖
看過(guò)上述視頻的用戶可能會(huì)形成這么一個(gè)印象：鋁合金的強(qiáng)度和其元素含量息息相關(guān)。但其實(shí)這是一種錯(cuò)誤的理解。7xxx 系列合金通常都會(huì)比 6xxx 系列合金強(qiáng)，但是如果你不知道它們的熱處理，那么你也不會(huì)知道這些合金到底有多強(qiáng)?能夠承受多少壓力?
熱處理是指材料在固態(tài)下，通過(guò)加熱、保溫和冷卻的手段，以獲得預(yù)期組織和性能的一種金屬熱加工工藝。6xxx 和 7xxx 系列的合金都是經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)熱處理強(qiáng)化，強(qiáng)化的程度會(huì)有顯著提升。比如經(jīng)過(guò)完全退火處理的 6063 (6063-O) 的伏降強(qiáng)度是 7,000 psi，但是經(jīng)過(guò)固溶熱和人工老化處理的 6063 (6063-T6) 的伏降強(qiáng)度則為 31,000 psi，而它們的成分本來(lái)都是一樣的。
我們?cè)賮?lái)看另外一組關(guān)于 7075 合金(飛機(jī)零件常用材料)的對(duì)比，經(jīng)過(guò)完全退火處理之后它(7075-O)的伏降強(qiáng)度是 15,000 psi，經(jīng)過(guò)固溶熱和人工老化處理后它(7075-T6)的伏降強(qiáng)度則為 73,000 psi。同樣關(guān)鍵還是在于熱處理。
一個(gè)樣品，其經(jīng)過(guò)怎樣的熱處理其實(shí)很難確定，但是任何一個(gè)想要確定的人至少要做到以下兩點(diǎn)：
-對(duì)金屬進(jìn)行硬度測(cè)試。因?yàn)?iPhone 的外殼比較薄，所以 Knoop 微硬度檢驗(yàn)是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。不同的熱處理會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的硬度水平。
-從金相學(xué)角度對(duì)金屬進(jìn)行拋光和浸蝕處理，檢驗(yàn)金屬的顆粒結(jié)構(gòu)。不同的熱處理也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的顆粒結(jié)構(gòu)。
也許等到 iPhone 6s 出來(lái)的時(shí)候我們就可以準(zhǔn)確知道它使用的是哪種鋁合金。
